浅谈离心式空压机工作原理与设备运维

辛庚嘉 刘文忠 王德恒

摘要：离心式压缩机是一种借助叶轮旋转以及扩压器扩张等实现掐腰的提升，并根据排气压力的具体情况，划分为离心通风机、离心鼓风机以及离心压缩机三种。离心式压缩机在许多工业生产当中均有显著的应用，尤其是在金属冶炼行业当中的应用尤为突出。对此，本文从离心式压缩机在应用过程中工作原理以及发生的喘振故障着手，探讨离心式压缩机的故障原因以及处理对策，并指出相应的安全运行改进方法，为今后效果设备的采购、使用以及保养等提供理论性依据。

关键词：离心式空压机;动力系统;喘振处置

1、设备概述

离心空压机主要由转子和定子两大部分组成。转子包括叶轮和轴。叶轮上有叶片，此外还有平衡盘和轴封的一部分。定子的主体是机壳（气缸），定子上还安排有扩压器、弯道、回流器、迸气管、排气管及部分轴封等。离心压缩机的工作原理为，当叶轮高速旋转时，气体随着旋转，在离心力作用下，气体被甩到后面的扩压器中去，而在叶轮处形成真空地带，这时外界的新鲜气体进入叶轮。叶轮不断旋转，气体不断地吸入、甩出，从而保持了气体的连续流动。

离心式空压机依靠动能的变化来提高气体的压力。当带叶片的转子转动时，叶片带动气体转动，把功传递给气体，使气体获得动能。进入定子部分后，因定子的扩压作用速度能量压头转换成所需的压力，速度降低，压力升高，同时利用定子部分的导向作用进入下一级叶轮继续升压，最后由蜗壳排出。对于每一台压缩机，为了达到设计需要压力，每台压缩机都设有不同数量的级数和段数组成。

2、设备主要工作原理及控制

1）空压机级中的气体流动

叶轮是离心式空压机的主要部件。叶轮被驱动机拖动而旋转，对气体做功。气体的压力、温度升高，比容缩小。气体在叶轮中既随叶轮转动，又在叶轮槽道中流动。

叶轮转动的速度即气体的圆周速度在不同的半径上有不同的数值，叶轮出口处圆周速度最大;气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动速度为相对速度，因叶片槽道截面积从叶轮进口到出口逐渐增大，因此相对速度逐渐减小;气体的实际速度是圆周速度u与相对速度的合成，此合成速度是相对固定机壳而言的，称为绝对速叶轮叶片进口处、出口度.且一般离心式空压机气体几乎是轴向进气。

2）设备主要控制模式

目前主要为两种模式控制，它们是恒压基本控制和进气节流控制。使空压机在各种工况下均有良好的节能表现。空压机接收的信号：高压柜允许合闸信号;断路器合闸信号;断路器跳闸信号。空压机系统送出信号：电抗仪控系统综合报警信号;高压柜断路器合闸指令;断路器跳闸指令;电抗仪控系统综合故障（跳闸）信号。以上信号均为无源干接点信号，接点：Ue=250VDC Ie=5A.

a）基本模式控制：通过调节卸载控制阀来维持压缩机的额定排气压力.当厂用空气消耗低于设计流量时，卸荷阀将打开，把过量的空气排到大气中.只有在进气温度和/或压力产生变化时，控制系统才调节进气控制阀，以维持设计马达电流或进气密度。

b）进气节流模式控制：在满足厂用空气系统需求情况下，通过进气节流以减少马达电流消耗。進气控制阀可以对气流节流直到达到最小电流设定点。假如此时厂用系统需求量继续下降，放空阀将自动调节以保持设定压力。

3、设备典型故障与运行维护

1）末级温度过高

故障表现：空压机跳车后，现场观看报警记录，显示“末级温度过高”，复位后检查无异常，开启运行。

分析与处置：根据查询空压机运行参数趋势，跳车前电流下降至55A，一二三级叶轮振动有上升趋势，IGV、放空阀同步动作，排气压力曲线波动。同时查询10KV电压趋势，该时间段电压由10.22KV降至9.46KV，电网电压在此期间处于低电压状态。可判断电流下降至55A时已进入空压机设定喘振保护区，在此期间发生空压机喘振现象，导致机组保护跳机。

2）喘振跳车故障

故障表现：空压机开机跳车，到现场观看跳车记录，显示末级入口温度高报警及喘振报警，现场检查进气滤芯及排气阀动作情况，未发现异常，后续又进行2次开机试车，都是在开机约5-10s就出现喘振现象，随即出现报警停机，（在开机过程中电机启动后约5秒时显示屏显示系统压力很快上升至4bar，进口导叶开度为0%）。

故障原因分析：依据运行情况及开机后各项运行参数的变化，判断可能导致空压机在开机过程中的喘振原因有：

a.进气滤芯堵塞，导致进气阻力大;

b.进气导叶开度过小，导叶叶片卡涩或不动作;

c.放空阀未打开，开度指示与实际不一致或阀芯脱落卡住;

d.级间冷却器翅片堵塞造成排气受阻;

e.放空排气消音器有异物堵塞;

故障处理：对空压机进口导叶、放空阀进行拆解检查及动作测试，进口导叶各叶片无卡涩现象动作正常;放空阀检查阀轴与阀板的动作一致无脱落或卡涩现象，进气过滤器检查最外侧一级过滤滤板灰尘较多，二级比较干净，对进气滤芯进行更换;对排气消音器进行现场检查发现下部有喷出的水迹，其他无异常情况;开机前进行手动盘车后进行试车，开机运行正常。

综合分析与预防：喘振的停机故障因素主要为进气过滤器1级滤芯较脏;排气消音器处有冷凝水集聚造成放空受阻（另一方面考虑级间冷却器疏水不畅或冷却器本身有渗漏）。后续措施要a.观察一、二、三级空气冷却器疏水情况;b.观察消音器处是否存在漏水现象;c.观察各运行数据是否正常，是否出现振动高、末级温度高等现象;d.当用气量不稳定，空压机长时间处于放空状态，需加强调整;e.检查放空阀动作情况、阀体检查及IGV动作情况（放空阀开阀时间为1-2秒、IGV动作开动时间在18-19秒）。

总结与展望：

综上所述，离心式压缩机以其优越的特点而广泛应用在现代工业生产体系中，由于离心式压缩机能否正常运行事关整个化工行业运行情况，所以保证离心式压缩机的正常运作是重中之重。维护保养是降低压缩机故障发生率、提升运行稳定性的关键手段，因此，基于离心式压缩机运行性能要求的不断提高，设备检修人员必须强化安全意识、加强技能学习，防微杜渐，做好维护保养工作。

参考文献：

[1]曹建华，刘方超.离心式压缩机的运行维护故障处理[J].商，2013（12）：1.

[2]李广云，李黎明.离心式空气压缩机喘振原因分析[J].石油化工设备技术，2002，23（6）：31-32.